第三章-喷射成型讲述

喷射成型工艺及应用授课人：刘东雷单位：南昌大学机电工程学院系所：材料成型系高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBE研究室目录概论喷射成型工艺的原材料及模具喷射成型工艺喷射成型制品质量控制典型工艺的发展喷成成型简介喷射成型的定义由来：在低压接触成型工艺基础上发展起来的一种成型效率相对较高的工艺，主要是将手糊成型中纤维铺覆和浸渍工作由设备来完成。定义：是利用设备将树脂雾化，并于即时切断的玻璃纤维在空间混合后，喷在模具表面上、排出气泡并压实，固化成型。喷射成型工艺过程喷枪喷射机喷射成型工艺的发展目前喷射成型在各种成型方法中所占比重很大,美国占27%，日本占16%,用以制造汽车车身,船身,浴缸,储灌的过渡层.国内用的喷射成型机主要是依靠进口。喷射成型工艺特点优点：①生产效率高：是手糊的2－4倍。②材料成本降低：粗纱代替织物、可加入大量的填料。③成型过程中无缝接，制品整体性好。④工艺自由度大：生产过程中可根据产品性能须要自由调节产品厚度、纤维含量、长度等。喷射成型工艺特点缺点：①产品强度不高：增强材料以短切形式存在。②材料（能源）损耗较大：操作过程中须要雾化和分散。③操作环境差：雾化、分散。④阴模成型难度较大，适合大型制品。⑤设备投资比手糊成型大。喷射成型分类胶液喷射动力形式：气动型：雾化效果好，飞溅严重，环境差。液压型：飞溅相对减少，环境改善。胶液喷射喷出形式：预混型：设备简单、清洗困难，树脂容易堵塞。内混型：不须直接雾化固化剂，环境污染小，仍需清洗枪头，易堵塞。外混型：枪头免清洗，固化剂单独雾化，环境污染严重。喷射成型原材料、模具及设备原材料选择原则：a.产品性能指标b.成型工艺性c.价格低d.货源充足玻璃纤维粗纱不饱和聚酯树脂乙烯基树脂喷射成型树脂体系黏度：要求树脂易于喷射并雾化，以利于浸润玻纤材料、利于加入更多填料，降低成本。黏度过大时，喷出、雾化、浸润都可能出现问题。触变性：是喷射成型树脂最重要的特点，其作用是尽量保证树脂留在所喷位置不流动，喷射成型树脂触变性一般控制在1.5－4Pa。触变性差的树脂成型，易于造成高位干纱，如果采用黏度更大的树脂或增加填料，又不利于浸渍纤维、脱泡困难。固化特性：喷射成型操作须要一定的时间，且产品大小与形状不同，操作时间也有差异，这就须要树脂有适宜的固化特性和可控性。浸渍脱泡性：要求树脂对纤维的浸渍性好，辊压易于脱泡。喷射成型增强材料体系防静电：表面处理剂一般采用沃兰、硅烷类（切割性较好）硬挺度：适当、易于切割分散性：分散性好浸渍性：浸渍效果好，速度快喷射成型模具设计要求：符合产品的设计要求强度、刚度：要求，能够承受成型过程中接触外力作用脱模性：好收缩、变形：考虑产品的收缩性要求，预收缩放量、反变形设计，特别是阴模成型过度圆角：在产品结构允许范围内，圆角设计尽可能的大模具材料：无特殊要求，一般复合材料成型的模具材料均可，金属、玻璃钢等。喷射成型设备喷射成型工艺所用的主要设备是喷射机。喷射成型设备，从简单的喷射成型机到自动化喷射成型生产线，经历了一个较长的发展过程。我国在60年代已开始了喷射设备的研制开发工作，但目前国内生产的厂家极少，但这一技术是应该发展的。喷射机：主要是由树脂喷射系统和无捻粗纱切割喷射系统组成。其功能是由纤维切割器喷射出的、与树脂成一定重量比的、专用的短切玻纤无捻粗纱纱段，均匀的撒落在由树脂喷枪喷嘴喷射出的、具有一定速度、雾化的、含有各种助剂的树脂微粒形成的扇面上，然后二者同时喷射到模具型面上，经轧棍、挤压、固化、脱模而成型为玻璃钢制品。柱塞泵式喷射成型机（STJ01）喷射成型工艺促进剂树脂填料玻璃纤维无捻粗纱固化剂树脂喷枪切纱器喷射模具辊压排泡固化脱模毛坯件修整成品喷射成型喷射成型工艺流程工艺流程纤维材料：①材料：无捻粗纱；②含量：通常控制在30%左右，低于25%时，辊压方便，但制品强度低，纤维含量高于45%时，辊压脱泡困难；③长度：以25mm为宜。工艺参数树脂材料：①材料：喷射制品采用不饱和聚酯树脂；②含胶量：约为60%左右，含胶量过低，含胶量不均，粘接不牢；③引发剂：喷射系统中，促进剂比例一般是固定的，引发剂用量须要根据环境温度和制品要求在0.5%－4%之间调整；④凝胶测试：每次喷射成型前须要做凝胶测试；⑤胶液粘度：应控制在易于喷射雾化、易于浸渍玻璃纤维、易于排除气泡而又不易流失，粘度控制在0.3—0.8Pa.s，触变指数以1.5—4为宜。喷射量：在喷射成型中，应始终保持胶液喷射量与纤维切割量的比例适宜。柱塞泵供胶的胶液喷射量是通过柱塞的行程和速度来调控的。喷射量与喷射压力和喷嘴直径有关,喷嘴直径在1.2-3.5mm之间选定，可使喷胶量在8-60g/s之间调变，柱塞泵供胶的胶液喷射量是通过柱塞的行程和速度来调控的。喷枪夹角：对树脂与引发剂在枪外混合均匀度影响极大，不同夹角喷射出来的树脂混合交距不同，为了操作方便，一般选用20°夹角为宜。喷枪口与成型表面距离350-400mm，确定操作距离主要考虑产品形状和树脂液飞失等因素，如果要改变操作距离，则需调整喷枪夹角以保证树脂在靠近成型面处交集混合。喷雾压力：喷雾压力大小要能保证两种树脂组分均匀混合，同时还要使树脂损失最小。压力太小，混合不均匀；压力太大，树脂流失过多。适宜的压力同胶液黏度有关，若黏度在0.2Pa.s时，雾化压力为0.3-0.35MPa。工艺要点成型环境温度以20-30度为宜，再高，固化快、系统易堵塞；过低，胶液黏度大，浸润不均，固化慢。制品喷射成型工序应标准，以免因操作者不同而产生过的质量差异。为避免压力波动，喷射机应由独立管路供气，气体要彻底除湿，以免影响固化。树脂胶液温度应根据须要进行加温或保温，以维持胶液黏度适宜。喷射开始，应注意玻璃纤维和树脂喷出量，调整气压，以达到规定的玻璃纤维含量.纤维切割不准(误切)而要调整切割辊与支承辊间隙，为使纤维喷出量不变，也要调整气压，如必要时，需要转速表校验切割辊转速。喷射成型时，在模具上先喷涂一层树脂，然后再开动纤维切割器；喷射最初和最后层时，应尽量薄些，以获得光滑表面。喷枪移动速度均匀，不允许漏喷，不能走弧线；相邻两个行程间重叠宽度应为前一行程宽度的1/3，以得到均匀连续的涂层；前后涂层走向应交叉或垂直,以便均匀覆盖。每个喷射面喷射完后，立即用压辊滚压，要特别注意凹凸表面，压平表面，修整毛刺,排出气泡，然后再喷出第二层。要充分调整喷枪和纤维切割喷射器喷出的纤维和胶衣的喷射直径，以期得到最好的喷射效果。喷射曲面：喷射方向应始终沿曲面法线方向。喷射沟槽：应先喷射四周和侧面，然后在底部补喷适量纤维，防止树脂在沟槽底部聚集。喷射转角：应从夹角部位向外喷射，防止在角尖出现树脂聚集。喷射成型制品质量控制流挂现象浸渍性差固化不均、不足粗砂切割不良气泡厚度不均白化、龟裂缺陷种类垂流缺陷产生的原因1.树脂黏度,触变度低2.喷射时的玻璃纤维体积大3.玻璃纤维含量低垂流缺陷的防治1.提高黏度和触变度，厚度大于5mm时,效果不大2.提高树脂喷射压力3.缩短玻璃纤维切割长度4.使喷枪接近型面进行喷涂5.提高玻璃纤维含量浸润不良产生的原因1树脂黏度高2树脂与玻璃纤维喷涂直径不一致3玻璃纤维含量高4凝胶快浸润不良的防治1使黏度降低到0.8Pa.s以下2调整喷涂直径3降低含量4减少固化剂用量,调节作业场温度固化不良产生的原因1树脂反应性过高2固化剂分散不良固化不良的防治1降低反应性2调整固化剂喷嘴3检查喷射器,混合器,和储存器4使用稀释剂的引发剂应增加喷出量气泡产生的原因1脱泡不充分2树脂浸润不良3纤维含量高4脱泡程度判断困难气泡的防治1加强脱泡作业,使脱泡工序标准化2增添消泡剂3降低纤维含量4模具做成深颜色的,以便观察脱泡效果